铜离子作为一种生物体内必须的微量元素,不仅是人体内多种酶的辅因子而且能够参与各种生理性和病理性的活动。在低浓度时,它是维持人体机能正常运作的必需元素。但如果体内铜离子的浓度超标,就会对人体产生毒副作用。已有的研究表明,人体内铜离子过量会导致一系列慢性病(例如糖尿病、冠心病和动脉粥样硬化等),神经系统的紊乱(例如阿兹海默森综合征),甚至癌症。也有研究发现:致瘤的促分裂原活化蛋白激酶的信号传导和肿瘤的产生都需要铜离子的参与。考虑到铜离子在人体的新陈代谢中扮演着如此重要的角色,世界各国的官方组织对铜离子的浓度进行严格的规定。例如,美国环境保护局(EPA)和世界卫生组织(WHO)就分别规定20μM和1.5 mg/L作为饮用水中铜离子的最大浓度。目前,对生物体和环境中铜离子的检测方法主要依靠大型仪器设备,包括循环伏安法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等。这些方法虽然测量结果精度高,但是也存在一些缺点,例如仪器设备昂贵,样品前处理复杂,需要专业人员的操作并且不适用于铜离子的实地检测。因此,开发一种制备简单、操作方便的方法用于铜离子的快速检测就显得尤为重要。比色传感技术作为一种极具吸引力的技术,因为其制备简单、成本低廉、数据采集便捷并方便携带可以用于实地检测等优点而被广泛研究,被用于氨基酸、有毒气体和重金属等的检测。本文研究制备了γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(TPED)修饰的氧化钛(Ti6O11)和介孔硅空心微球(Hollow Mesoporous Silica Sphere,HMS)两种功能材料,用于对铜离子的特异性吸附,随后加入铜试剂通过比色法检测水中所含的铜离子浓度。包含以下两个部分:(1)制备了一种简单、廉价、高效的功能化试纸用于吸附和检测铜离子,该试纸具有良好的选择性和灵敏度。首先,使用商业滤纸作为基底材料,在滤纸的表面覆盖一层马格涅利结构的Ti6O11作为中间层,接着在氧化钛表面修饰TPED用于铜离子的吸附。在优化的条件下,也就是50℃磁力搅拌时,制备出的功能化的滤纸能高效的吸附铜离子,并且自加入铜试剂作为显色剂后产生明显的颜色变化。比色检测的响应值(ΔB值)和铜离子的浓度有良好的线性关系,线性范围是33.6nM到39.8μM,检测下限是33.6 nM。随后检测了一系列可能存在的干扰离子并进行了实际水样的加标试验,结果证明试纸对铜离子具有很好的选择性。此外,通过微波辐射法还可以进一步的降低检测限、扩大线性范围,检测下限低至16.8nM,线性范围为16.8 nM到0.98 mM。单张直径1厘米的试纸最终需要20分钟的吸附达到饱和,计算出单张试纸片饱和吸附铜离子的量为4.5169μg/cm2。因此,通过上述方法制备出的功能化的试纸为铜离子的实际样品的吸附与检测提供了一种方法。(2)合成了一种TPED修饰的介孔硅空心微球(HMSs-NHs)作为功能材料用于铜离子的吸附与检测。首先,在单分散性的聚苯乙烯微球表面覆盖介孔二氧化硅,移除内核模板后在介孔硅空心微球表面修饰双氨基,合成出的材料对铜离子的吸附量高达138.58 mg/g。在优化了聚苯乙烯微球模板的直径、介孔二氧化硅层的厚度、介孔的孔径大小等因素后,制备出的传感器在加入铜试剂后对铜离子具有明显的颜色响应,在铜离子溶液浓度为0.025到49μM之间时有良好的线性关系,根据3δ原则计算出检测下限为0.025μM。更重要的是,功能化材料可以用盐酸水溶液洗涤除去铜离子,并保持对铜离子的高效吸附至少10次。试验证明功能化的介孔硅空心微球对铜离子不仅有良好的吸附性能,同时还有较高的灵敏度,对除去和检测水中铜离子具有潜在价值。